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        《傘面的坡角》同課異構(gòu)探索

        2020-12-28 02:31:39丁素平
        湖北教育·科學(xué)課 2020年6期
        關(guān)鍵詞:科學(xué)探究設(shè)計(jì)

        丁素平

        《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)指出,小學(xué)科學(xué)課程學(xué)習(xí)的方式是多種多樣的,探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。自2001年課改以來,探究式的教學(xué)在日??茖W(xué)教學(xué)中得到了很好的重視和普及,并且《課程標(biāo)準(zhǔn)》對做科學(xué)探究的基本要素和基本流程都解釋得相當(dāng)?shù)轿?,因此,科學(xué)教師已經(jīng)能比較好地把握探究的要素及過程。

        《課程標(biāo)準(zhǔn)》增加了技術(shù)與工程領(lǐng)域,由于該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生有機(jī)會(huì)綜合所學(xué)的各方面知識(shí),可以使他們體會(huì)“做”的成功和樂趣,并養(yǎng)成通過動(dòng)手做解決問題的習(xí)慣,因此該領(lǐng)域的教學(xué)備受關(guān)注。但因?yàn)椤墩n程標(biāo)準(zhǔn)》并沒有闡述“做技術(shù)”與“做工程”的基本要素和基本流程,使其成為一線科學(xué)教師教學(xué)的難點(diǎn)甚至痛點(diǎn)。近些年來,與上述教學(xué)改革并行的還有STEM課程開發(fā)及教學(xué)。STEM課程的研究雖然方興未艾,但還是缺乏統(tǒng)一而全面的闡釋,因而也成為一線科學(xué)教師的難點(diǎn)甚至是盲點(diǎn)。

        本文試圖以自行開發(fā)的《傘面的坡角》一課為研究載體,基于科學(xué)探究課、技術(shù)探究課、STEM研究課設(shè)計(jì)不同教學(xué)案例,闡釋三種課型的理論原理。

        科學(xué)探究課

        科學(xué)探究是獲取科學(xué)知識(shí)的主要途徑。科學(xué)探究特別強(qiáng)調(diào)要基于問題和聚焦問題,然后設(shè)計(jì)研究方案,通過觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、統(tǒng)計(jì)等手段獲取證據(jù),經(jīng)過比較、分類、類比、歸納、演繹等邏輯思維方法,進(jìn)行推理判斷,最后得出結(jié)論?!墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的要求是:學(xué)生能運(yùn)用科學(xué)探究方法解決比較簡單的日常生活問題。

        依據(jù)上述理論,如果將《傘面的坡角》設(shè)計(jì)成科學(xué)探究課,那么教學(xué)主體流程為:提出并聚焦問題—分析并制訂探究方案—實(shí)驗(yàn)探究—綜合分析、得出結(jié)論。

        1.提出并聚焦問題

        導(dǎo)入:觀察各種成品雨傘,有什么發(fā)現(xiàn)?學(xué)生發(fā)現(xiàn)其傘面坡角一般都是15度左右,于是引出問題:為什么傘面坡角一般選擇15度?這樣的選擇有什么科學(xué)道理?

        2.分析并制訂探究方案

        觀察分析雨傘,發(fā)現(xiàn)主要是從遮雨面積和傘面排水速度兩方面決定傘面坡角。遮雨面積越大越好,要求坡角越小越好;傘面排水速度越快越好,要求坡角越大越好,如何取舍?為什么大家不約而同地選擇了坡角為15度左右?

        怎樣測算不同坡角傘面的遮雨面積和排水速度?教師引導(dǎo)學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案:用相同規(guī)格的傘,測量不同坡角時(shí)傘面遮雨半徑,計(jì)算遮雨面積;排水速度則將同一把傘撐到對應(yīng)坡角,測量一滴管水從傘頂流出傘邊所用時(shí)間。

        3.實(shí)驗(yàn)探究

        全班分組用相同的傘,分別研究小坡角、中坡角、大坡角傘面的遮雨面積和排水速度(傘面研究記錄見右表)。

        4.綜合分析、得出結(jié)論

        綜合比較各組數(shù)據(jù),得出結(jié)論,選用中坡角遮雨面積可以比較充分利用傘面(遮雨面積減小不明顯),并且排水速度合適。(小坡角雖然遮雨面積夠大,但排水慢;大坡角則排水快而遮雨面積太小,且這么快的排水速度也不必要。)

        技術(shù)探究課

        相傳,魯班的妻子云氏從她丈夫所建亭子的樣式得到啟示,經(jīng)不斷嘗試和改進(jìn),制成了一個(gè)重量輕的“竹亭子”——這就是古老的獸皮傘、油紙傘,它滿足了人們隨身攜帶和方便使用的需求。從傘的發(fā)明過程來看,它是屬于在需求刺激下發(fā)明的經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)產(chǎn)品。

        我們知道,技術(shù)總是從一定的具體目的出發(fā),針對具體的問題,形成解決的方法,從而滿足人們某方面的具體需求。為了解決需求的技術(shù),一般可以分為兩種途徑:經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)和原理應(yīng)用型技術(shù)。

        例如,中國古代發(fā)明的赤道式日晷就是一種典型的經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)(參見湘版四年級上冊“日晷的故事”)——古人是沒有地球是一個(gè)球體的認(rèn)識(shí)的,更沒有赤道這樣的概念——古人并不知道日晷背后的真正原理。又如,學(xué)生在學(xué)完了磁鐵的磁極以及磁極指南北的性質(zhì)后,參考古人的“磁針?biāo)姆ā?,再自制指南針,就是一種典型的原理應(yīng)用型技術(shù);在學(xué)完了電路的基本知識(shí)后,再設(shè)計(jì)安裝“房屋”電路,也是原理應(yīng)用型技術(shù)。

        經(jīng)驗(yàn)型技術(shù),是通過實(shí)踐中的嘗試、摸索,實(shí)現(xiàn)某種功能,滿足某種需求,它以經(jīng)驗(yàn)為特征。經(jīng)驗(yàn)是促進(jìn)技術(shù)發(fā)展的重要因素,在技術(shù)發(fā)展歷史的早期,它甚至是導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展的唯一因素。

        我們看到,不論科學(xué)還是技術(shù),都存在知其然不知其所以然的、以經(jīng)驗(yàn)為特征的技術(shù)。在小學(xué)科學(xué)課程中也存在很多這樣的技術(shù),尤其是一些復(fù)雜原理技術(shù)和高科技技術(shù),這對人類來說是科學(xué)指導(dǎo)下的技術(shù),屬于應(yīng)用的技術(shù),只要求兒童體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)和理解。經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)既不以科學(xué)認(rèn)識(shí)為目的,也沒有清晰的科學(xué)原理的指導(dǎo)(沒有不包含科學(xué)原理的技術(shù)),主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行或獲得經(jīng)驗(yàn)體驗(yàn)。

        在這些經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)中,往往存在許多的科學(xué)問題有待提出和探索,而更加可貴的是善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,并加以思考。例如,傘面的坡角需要綜合考慮遮雨面積和排水速度兩個(gè)問題,這在以前的科學(xué)探究課和技術(shù)探究課上都是少見的。學(xué)生差不多是第一次遇上多因素的綜合考慮取舍問題——在他們以后的學(xué)習(xí)和人生中,這樣需要優(yōu)化、綜合分析的問題絕不會(huì)少!

        《油紙傘》是一個(gè)我們結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣_發(fā)的校本課程,其中含有很多技術(shù)工程方面的教育內(nèi)容。我們認(rèn)為技術(shù)課的大致流程應(yīng)該是:確定需求—做出設(shè)計(jì)—調(diào)試安裝—評估改進(jìn)?!秱忝娴钠陆恰肥沁@個(gè)大的課程中的一個(gè)子課題,重點(diǎn)在于用經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)的方法,不斷地嘗試、評估、改進(jìn),最終獲得一個(gè)比較合適的傘面坡角。

        依據(jù)上述理論,如果將《傘面的坡角》設(shè)計(jì)成技術(shù)探究課,那么教學(xué)的主體流程為:需要確定一個(gè)合適的傘面坡角—分析具體的影響因素并制訂實(shí)驗(yàn)探究方案—小組展開實(shí)驗(yàn)探究—數(shù)據(jù)信息分析評估—完成設(shè)計(jì)、滿足需求。

        1.從需求出發(fā),提出要探究的問題

        導(dǎo)入:我們在制作油紙傘的過程中,需要一個(gè)合適的傘面坡角,要選擇一個(gè)什么樣的傘面坡角最為合適呢?

        2.觀察分析油紙傘,發(fā)現(xiàn)傘面坡角的選擇,主要考慮其功能需求

        傘面的遮雨面積和傘面排水速度。遮雨面積越大越好,要求坡角越小越好;傘面排水速度越快越好,要求坡角越大越好。如何取舍?

        3.通過經(jīng)驗(yàn)型的技術(shù)嘗試,選擇合適的坡角

        組織學(xué)生做各種坡角的油紙傘,通過實(shí)驗(yàn)比較其遮雨面積和傘面排水速度。傘面坡角研究記錄與科學(xué)探究課相同。

        4.分析數(shù)據(jù),完成評估,確定合適的傘面坡角,滿足人們的需求

        學(xué)生嘗試制作出不同的傘面坡角,通過測算發(fā)現(xiàn):當(dāng)遮雨面積最大時(shí),傘面的排水慢,生活經(jīng)驗(yàn)告訴學(xué)生這可不行;當(dāng)傘面坡角達(dá)到30度以上時(shí),排水非常迅速可是損失了很多的遮雨面積,已不能滿足人們的需求;選擇一個(gè)折中的坡角,大約15度時(shí)既可保障遮雨面積,亦可以保持傘面排水的順暢。

        這種技術(shù)型探究課可以延續(xù)到油紙傘的跳子的位置確定、不同傘骨長度的確定、長傘骨開槽的位置等,人們無一不是在不斷嘗試的過程中去調(diào)試,直至合適為止,保證傘骨能支撐傘面出現(xiàn)合適的坡角,保證傘能輕松地開合等。

        STEM研究課

        STEM教育結(jié)合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué),它將知識(shí)融合到一起,去解決一些真實(shí)的問題,形成能滿足人們某種需求的產(chǎn)品,因此它更注重的是學(xué)生創(chuàng)新能力、問題解決能力和相互合作的能力,而并非將不同學(xué)科簡單疊加。STEM理念的重要意義在于強(qiáng)調(diào)了把科學(xué)知識(shí)物化為具體的應(yīng)用,對扭轉(zhuǎn)以前長期應(yīng)試教育中產(chǎn)生的“高分低能”“眼高手低”有較好的作用。

        依據(jù)上述理論,如果將《傘面的坡角》設(shè)計(jì)成STEM探究課,那么教學(xué)主體流程為:確定需求(設(shè)計(jì)合適的傘面坡角)—發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)解決方法—利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等知識(shí)解決問題(15度最為合適)—運(yùn)用理性方法創(chuàng)新產(chǎn)品(設(shè)計(jì)一把適合小、中、大雨環(huán)境下的雨傘)。

        1.聚焦問題

        在制作傘之前我們要先完成傘的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)傘面坡角時(shí),我們需要考慮哪些因素?(傘面的遮雨面積、排水的速度、 防止被風(fēng)吹翻等)聚焦問題:多大的坡角是最合適的呢?

        2.展開探究,弄清原理

        以科學(xué)探究課的思維,解決傘面坡角選擇15度左右為最佳的問題。

        3.運(yùn)用原理,創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)

        能否設(shè)計(jì)一把傘,以分別應(yīng)對晴天無風(fēng)遮陽或遮擋毛毛雨、小雨到中雨、中雨到大雨的不同天氣情況。

        激發(fā)學(xué)生完成創(chuàng)新設(shè)計(jì),如在傘桿上設(shè)定三個(gè)定梢,分別控制傘面坡角可以在5度、15度、25度等。還有學(xué)生提出在傘桿上設(shè)置滑槽,跳子設(shè)置對應(yīng)卡位點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)很多的坡角等。

        湖南省湘潭市九華和平小學(xué)(411100)

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